(Phys.org)—La recherche sur les propriétés électroniques du supermatériau graphène pourrait nous rapprocher de son passage du laboratoire à son développement pour une utilisation dans des produits commerciaux. Les scientifiques de l'installation SuperSTEM du laboratoire de Daresbury du Science and Technology Facilities Council du Royaume-Uni ont, pour la première fois, pu observer des changements dans la structure électronique du graphène car il se lie à un élément étranger qui lui est ajouté un seul atome à la fois. Les résultats ont été publiés dans la revue, Lettres nano .

Isolé pour la première fois en 2004 à l'Université de Manchester, le matériau « miracle » le graphène est le plus léger, matériau le plus résistant et le plus conducteur connu de l'homme, avec un grand potentiel de commercialisation en raison de sa résistance mécanique et de ses propriétés électroniques inégalées. Il est 200 fois plus résistant que l'acier mais, à seulement un atome d'épaisseur et donc à deux dimensions, il est extrêmement difficile à manipuler pour tirer parti de ces avantages, ou de le lier à d'autres matériaux pour développer des produits commercialisables. Commercialement, il a le potentiel d'avoir des applications allant des télécommunications à la technologie énergétique et à l'électronique. Il est également capable de conduire l'électricité un million de fois mieux que le cuivre et est plus résistant que les autres conducteurs existants.

Un problème important qui doit être résolu avant que le graphène puisse être appliqué à un produit commercial est qu'il manque d'une caractéristique appelée "bande interdite", ce qui signifie que, en pratique, il serait presque impossible d'« éteindre » un transistor électronique à base de graphène pur. L'un des moyens prometteurs de créer une bande interdite dans le graphène et de surmonter cette limitation est la modification chimique, connu sous le nom de dopage.

Cependant, comme matériau bidimensionnel, le graphène est toute surface et est donc complètement exposé à son environnement et fortement affecté par son environnement. La moindre des variations structurelles peut avoir des effets considérables sur ses propriétés.

Dirigé par le professeur Quentin Ramasse de SuperSTEM, avec des chercheurs des universités de Leeds et de Manchester, l'équipe a maintenant pu observer les moindres variations qui se produisent lorsqu'une feuille de graphène est dopée avec un seul atome de silicium.

Professeur Quentin Ramasse, Directeur scientifique chez SuperSTEM, mentionné:

"Ce que nous avons montré ici ne concerne pas l'atome particulier avec lequel le graphène doit être dopé pour exploiter ses propriétés électriques, mais que nous avons la capacité de voir, dans les moindres détails, exactement comment un seul atome étranger s'intègre dans le graphène - qu'il s'intègre de manière transparente, ou s'il déforme le réseau du graphène d'aussi peu que 10 trillionièmes de mètre, et surtout comment les distorsions et l'arrangement de liaison précis influencent la structure électronique de cet atome et de son environnement. De tels changements infimes dans la liaison de ces éléments peuvent à leur tour affecter de manière significative le comportement macroscopique de la feuille de graphène, et en particulier sa réponse électrique, il est donc essentiel de pouvoir littéralement prendre les empreintes digitales du collage de ces matériaux, un atome à la fois. Cela pourrait ouvrir la voie à la recherche pour identifier les atomes qui se lieront le mieux au graphène. On pourrait dire que cela marque le début de la chimie physique expérimentale au niveau d'un seul atome."

La caractérisation précise de la liaison des atomes simples est essentielle pour le développement d'applications pratiques de matériaux bidimensionnels, comme le graphène. En décembre, le chancelier, George Osborne, a annoncé un financement de 21,5 millions de livres sterling via l'EPSRC aux projets de recherche liés au graphène les plus prometteurs dans les universités britanniques, dans les plans visant à stimuler la «fabrication» du graphène.